Die Technik im Fahrzeug

Um erfolgreich am Hochschulwettbewerb Carolo-Cup der TU Braunschweig teilzunehmen muss sich das Fahrzeug selbständig in einem der Realität nachempfundenen Straßenumfeld zurechtfinden. Dabei soll es nicht nur bei hohen Geschwindigkeiten seine Spur halten und einer vorgegebenen Solltrajektorie folgen, sondern auch Fahrzeuge überholen, Kreuzungen erkennen, Verkehrsschilder befolgen und in engen Lücken einparken. All jene von einem Menschen intuitiv ausgeführten Aktionen, die z.B. ein Spurwechsel erfordert, müssen bei einem Roboter sorgfältig analysiert, adaptiert und implementiert werden. So müssen von der Hinderniserkennung ausgehend bis hin zum tatsächlichen Spurwechsel viele Entscheidungsebenen durchlaufen. Dies beinhaltet all jene Komponenten beginnend beim Setzen der Blinker bis hin zu der Bestimmung einer neuen Solltrajektorie. Hierzu muss das Gesamtsystem des Fahrzeugs in seinem Umfeld betrachtet werden, von den mechanischen Komponenten und elektronischen Systemen bis hin zur Software, die das Auto zum Leben erweckt.

 

Bilderkennung und Trajektorienplanung

Software

Bei Phoenix Robotics legen wir besonderen Wert auf auf gute Softwaretechnik. Die modulare Struktur unserer Software ermöglicht es uns einzelne Module unabhängig voneinander zu entwickeln und auszutauschen, wobei alle Mitglieder im Team einheitliche Tools zur Versionskontrolle nutzen. Dies erlaubt es unserer Software ein breites Spektrum an Einsatzgebieten abzudecken, von mikrocontrollerbasierten, harten Echtzeitsystemen bis hin zu äußerst prozessorintensiven Algorithmen für das maschinelle Lernen oder die Bilderkennung. Letztere ist besonders wichtig zur Manövrierung des Autos, denn die Kameras sind die primären Sensoren unseres Fahrzeugs zur Wahrnehmung seiner Umwelt, z.B. um die Fahrspur, Hindernisse, Kreuzungen und Parklücken zu detektieren. Die Daten von der Bilderkennung werden mit den Daten der anderen Sensoren fusioniert um ein Umgebungsmodell zu generieren, anhand dessen eine optimale Trajektorie geplant wird.

 

Präzisionsarbeit beim Zusammenbau der Elektronik

Elektronik

Für die Wahrnehmung des Umfelds und des Zustandes des autonom fahrenden Modellautos werden diverse Sensoren benötigt. So wird z. B. zur Spurhaltung des Fahrzeugs und die damit verbundene Trajektorienfolgeregelung ein Drehgeber zur Geschwindigkeitsmessung sowie Sensoren zur Messung der Beschleunigung und Winkelbeschleunigung eingesetzt. Zur Hinderniserkennung und zum Einparken benötigt das Fahrzeug Abstandssensoren nach vorne, hinten und zur Seite. Die benötigten Sensoren werden mit Hilfe eines Mikrocontrollers auf einer selbst entworfenen Platine ausgelesen. Zudem werden die Aktoren, wie z.B. der Elektromotor des Fahrzeuges, mit diesem Mikrocontroller angesteuert und geregelt.

 

Einblick in die Vorderradaufhängung

Mechanik

Der mechanische Aufbau unseres Systems ist von enormer Bedeutung, da eine robuste Struktur die Basis eines jeden Fahrzeugs ist. Wir lieben es auch unkonventionelle Konzepte und Ideen zu testen, wobei wir häufig die Grenzen des am Carolo-Cup Möglichen neu definieren. Ein Herausstellungsmerkmal unseres aktuellen Autos ist die Einzelradlenkung aller vier Räder, wodurch unser Fahrzeug eine beispiellose Wendigkeit aufweist. Zudem besitzt jedes Rad ein eigenen, integrierten Motor, sodass wir das sog. "Torque Vectoring", also die aktive Verteilung des Drehmoments, anwenden können. Um diese Konstruktion zu verwirklichen werden viele maßgeschneiderte Bauteile benötigt, die wir eigenständig entwerfen und fertigen. Beispiele hierfür sind die Bodenplatte für das Chassis, der Akkuhalter, ein Kameraturm sowie ein Lagerbock für die Fixierung des Drehgebers.